KR20170064820A - 리튬 배터리를 갖는 전원 공급 시스템 - Google Patents

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Abstract

리튬 배터리를 갖는 전원 공급 시스템에 관한 것이다. 상용 전원 및 제1 종 장치 사이에 무정전 전원 장치(uninterruptible power supply; UPS)가 접속된다. 상기 무정전 전원 장치에 리튬 배터리(lithium battery)가 접속된다. 상기 리튬 배터리에 접속되고 상기 상용 전원 및 제2 종 장치 사이에 접속된 전압 강하 보호기(voltage drop protector; VDP)가 배치된다. 상기 제1 종 장치에 요구되는 전압 및 주파수의 허용 오차는 상기 제2 종 장치보다 작다.

Description

리튬 배터리를 갖는 전원 공급 시스템{Power supply system having lithium battery}
리튬 배터리를 갖는 전원 공급 시스템에 관한 것이다.
상용 전원의 이상 발생에 대응하여 지속적으로 안정적인 전원을 공급하기 위한 다양한 기술이 연구되고 있다. 납 축전지를 에너지원으로 이용하는 전원 공급 장치의 경우, 낮은 에너지 밀도, 저 수명, 저 출력, 등 다양한 문제점을 노출하고 있다. 전기이중층 콘텐서를 에너지원으로 이용하는 전원 공급 장치의 경우, 유지 보수가 어려우며 누설 전류로 인한 손실이 발생한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 효율적인 전원 공급 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다양한 과제들은 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당 업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명 기술적 사상의 실시 예들은, 전원 공급 시스템을 제공한다. 이 시스템은 상용 전원 및 제1 종 장치 사이에 접속된 무정전 전원 장치(uninterruptible power supply; UPS)를 포함한다. 상기 무정전 전원 장치에 리튬 배터리(lithium battery)가 접속된다. 상기 리튬 배터리에 접속되고 상기 상용 전원 및 제2 종 장치 사이에 접속된 전압 강하 보호기(voltage drop protector; VDP)가 배치된다. 상기 제1 종 장치에 요구되는 전압 및 주파수의 허용 오차는 상기 제2 종 장치보다 작다.
상기 무정전 전원 장치(UPS) 및 상기 전압 강하 보호기(VDP)는 상기 리튬 배터리와 가깝게 배치될 수 있다. 상기 무정전 전원 장치(UPS) 및 상기 리튬 배터리 사이에 제1 선로가 형성될 수 있다. 상기 전압 강하 보호기(VDP) 및 상기 리튬 배터리 사이에 제2 선로가 형성될 수 있다. 상기 제1 선로의 길이와 상기 제2 선로의 길이는 10% 미만의 차이를 보일 수 있다.
상기 제1 선로의 길이와 상기 제2 선로의 길이는 실질적으로 동일할 수 있다.
상기 리튬 배터리(lithium battery)는 직렬 접속된 다수의 배터리 셀들을 포함할 수 있다. 상기 배터리 셀들은 리튬 이온 배터리 또는 리튬 폴리머 배터리를 포함할 수 있다.
상기 리튬 배터리에 배터리 관리 시스템(battery management system; BMS)이 부설될 수 있다. 상기 배터리 셀들의 각각은 상기 배터리 관리 시스템(BMS)에 전기적으로 접속될 수 있다.
상기 전압 강하 보호기(VDP)는 상기 상용 전원 및 상기 제2 종 장치 사이의 사이리스터(thyristor)를 포함할 수 있다. 상기 제2 종 장치에 접속된 인버터(inverter)가 배치될 수 있다. 상기 인버터 및 상기 리튬 배터리(lithium battery) 사이에 전압 조정기가 배치될 수 있다.
상기 전압 강하 보호기(VDP)는 타이머(Timer)를 포함할 수 있다. 상기 타이머(Timer)는 상기 상용 전원에서 공급되는 전원이 기준 전압 이하로 하강하거나 중단된 시점부터 약1 초 경과 후 상기 리튬 배터리(lithium battery)에서 상기 제2 종 장치로의 전원 공급을 차단하는 역할을 수행할 수 있다.
상기 전압 조정기는 초퍼(chopper)를 포함할 수 있다.
상기 타이머(Timer)는 상기 전압 조정기에 부설될 수 있다.
상기 무정전 전원 장치(UPS)는 상기 상용 전원 및 상기 제1 종 장치 사이의 정류기(rectifier)를 포함할 수 있다. 상기 정류기 및 상기 제1 종 장치 사이에 인버터(inverter)가 배치될 수 있다. 상기 정류기 및 상기 인버터 사이에 접속되고 상기 리튬 배터리(lithium battery)에 접속된 초퍼(chopper)가 배치될 수 있다.
상기 정류기 또는 상기 초퍼에 부설되고 상기 리튬 배터리(lithium battery)에 접속된 충전 회로(charging circuit)가 배치될 수 있다.
또한, 본 발명 기술적 사상의 실시 예들은, 전원 공급 시스템을 제공한다. 이 시스템은 상용 전원 및 전기 사용 장치 사이에 접속된 전압 강하 보호기(voltage drop protector; VDP)를 포함한다. 상기 전압 강하 보호기(VDP)에 리튬 배터리(lithium battery)가 접속된다. 상기 전기 사용 장치에 요구되는 전압 및 주파수의 허용 오차는 상기 상용 전원과 동일하다. 상기 전압 강하 보호기(VDP)는 상기 상용 전원에서 공급되는 전원이 기준 전압 이하로 하강하거나 중단된 시점부터 약1 초 동안 상기 리튬 배터리(lithium battery)에서 상기 전기 사용 장치로의 전원을 공급하는 역할을 수행한다.
상기 전압 강하 보호기(VDP)는 상기 상용 전원 및 상기 전기 사용 장치 사이의 사이리스터(thyristor)를 포함할 수 있다. 상기 전기 사용 장치에 인버터(inverter)가 접속될 수 있다. 상기 인버터 및 상기 리튬 배터리(lithium battery) 사이에 전압 조정기가 배치될 수 있다.
상기 전압 강하 보호기(VDP)는 타이머(Timer)를 포함할 수 있다. 상기 타이머(Timer)는 상기 상용 전원에서 공급되는 전원이 기준 전압 이하로 하강하거나 중단된 시점부터 약1 초 경과 후 상기 리튬 배터리(lithium battery)에서 상기 전기 사용 장치로의 전원 공급을 차단하는 역할을 수행할 수 있다.
상기 상용 전원 및 상기 리튬 배터리(lithium battery) 사이에 충전 회로(charging circuit)가 배치될 수 있다.
이에 더하여, 본 발명 기술적 사상의 실시 예들은, 전원 공급 시스템을 제공한다. 이 시스템은 상용 전원 및 전기 사용 장치 사이에 접속된 무정전 전원 장치(uninterruptible power supply; UPS)를 포함한다. 상기 무정전 전원 장치(UPS)에 리튬 배터리(lithium battery)가 접속된다. 상기 전기 사용 장치에 요구되는 전압 및 주파수의 허용 오차는 상기 상용 전원보다 작다. 상기 무정전 전원 장치(UPS)는 상기 상용 전원에서 공급되는 전원이 기준 전압 이하로 하강하거나 중단된 시점부터 약10분 동안 상기 리튬 배터리(lithium battery)에서 상기 전기 사용 장치로의 전원을 공급하는 역할을 수행한다.
상기 무정전 전원 장치(UPS)는 상기 상용 전원 및 상기 전기 사용 장치 사이의 정류기(rectifier)를 포함할 수 있다. 상기 정류기 및 상기 전기 사용 장치 사이에 인버터(inverter)가 배치될 수 있다. 상기 정류기 및 상기 인버터 사이에 접속되고 상기 리튬 배터리(lithium battery)에 접속된 초퍼(chopper)가 배치될 수 있다.
상기 정류기 또는 상기 초퍼에 부설되고 상기 리튬 배터리(lithium battery)에 접속된 충전 회로(charging circuit)가 배치될 수 있다.
상기 리튬 배터리(lithium battery)는 직렬 접속된 다수의 배터리 셀들을 포함할 수 있다. 상기 배터리 셀들은 리튬 이온 배터리 또는 리튬 폴리머 배터리를 포함할 수 있다.
상기 리튬 배터리에 부설되고 상기 충전 회로(charging circuit)와 접속된 배터리 관리 시스템(battery management system; BMS)이 배치될 수 있다. 상기 배터리 셀들의 각각은 상기 배터리 관리 시스템(BMS)에 전기적으로 접속될 수 있다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명 기술적 사상의 실시 예들에 따르면, 리튬 배터리에 접속된 무정전 전원 장치(UPS) 및 전압 강하 보호기(VDP)가 제공된다. 상기 리튬 배터리는 고출력 특성 및 높은 에너지 밀도를 갖는다. 하나의 에너지원 - 상기 리튬 배터리 을 사용하여 두 개의 시스템 상기 무정전 전원 장치(UPS) 및 상기 전압 강하 보호기(VDP) 에 전원을 공급할 수 있다. 효율적인 전원 공급 시스템을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명 기술적 사상의 실시 예에 따른 전원 공급 시스템을 설명하기 위한 블럭도 이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 일부분을 상세히 보여주는 블럭도들 이다.
도 4 및 도 5는 도 2의 일부분을 상세히 보여주는 블럭도들 이다.
도 6은 도 3의 일부분을 상세히 보여주는 블럭도 이다.
도 7은 도 1의 일부분을 상세히 보여주는 블럭도 이다.
도 8은 도 7의 일부분을 상세히 보여주는 블럭도 이다.
도 9는 본 발명 기술적 사상의 실시 예에 따른 전원 공급 시스템을 설명하기 위한 블럭도 이다.
도 10 내지 도 12는 본 발명 기술적 사상의 실시 예에 따른 전원 공급 시스템을 설명하기 위한 블럭도들 이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
하나의 소자(elements)가 다른 소자와 '접속된(connected to)' 또는 '커플링된(coupled to)' 이라고 지칭되는 것은, 다른 소자와 직접 연결 또는 커플링된 경우 또는 중간에 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 소자가 다른 소자와 '직접 접속된(directly connected to)' 또는 '직접 커플링된(directly coupled to)'으로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자를 개재하지 않은 것을 나타낸다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. '및/또는'은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
공간적으로 상대적인 용어인 '아래(below)', '아래(beneath)', '하부(lower)', '위(above)', '상부(upper)' 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 '아래(below)' 또는 '아래(beneath)'로 기술된 소자는 다른 소자의 '위(above)'에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 '아래'는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드 지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.
명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 따라서, 동일한 참조 부호 또는 유사한 참조 부호들은 해당 도면에서 언급 또는 설명되지 않았더라도, 다른 도면을 참조하여 설명될 수 있다. 또한, 참조 부호가 표시되지 않았더라도, 다른 도면들을 참조하여 설명될 수 있다.
본 명세서에서 '전면(front side)'과 '후면(back side)'는 본 발명의 기술적 사상을 이해하기 쉽도록 설명하기 위하여 상대적인 개념으로 사용된 것이다. 따라서, '전면'과 '후면'은 특정한 방향, 위치 또는 구성 요소를 지칭하는 것이 아니고 서로 호환될 수 있다. 예를 들어, '전면'이 '후면'이라고 해석될 수도 있고 '후면'이 '전면'으로 해석될 수도 있다. 따라서, '전면'을 '제1'이라고 표현하고 '후면'을 '제2'라고 표현할 수도 있고, '후면'을 '제1'로 표현하고 '전면'을 '제2'라고 표현할 수도 있다. 그러나, 하나의 실시 예 내에서는 '전면'과 '후면'이 혼용되지 않는다.
본 명세서에서 '가깝다(near)'라는 표현은 대칭적 개념을 갖는 둘 이상의 구성 요소들 중 어느 하나가 다른 특정한 구성 요소에 대해 상대적으로 가깝게 위치하는 것을 의미한다. 예를 들어, 제1 단부(first end)가 제1 면(first side)에 가깝다는 표현은 제1 단부가 제2 단부보다 제1 면에 더 가깝다는 의미이거나, 제1 단부가 제2 면보다 제1 면에 더 가깝다는 의미로 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명 기술적 사상의 실시 예에 따른 전원 공급 시스템을 설명하기 위한 블럭도 이다.
도 1을 참조하면, 본 발명 기술적 사상의 실시 예에 따른 전원 공급 시스템은 상용 전원(10), 차단기(15), 제1 종 장치(20), 제2 종 장치(30), 제3 종 장치(40), 무정전 전원 장치(uninterruptible power supply; UPS; 50), 전압 강하 보호기(voltage drop protector; VDP; 70), 및 리튬 배터리(lithium battery; 90)를 포함할 수 있다.
상기 상용 전원(10)은 공장 외부의 발전소 또는 공장 내부의 발전기에 접속될 수 있다. 상기 상용 전원(10)은 다단계의 변전기들을 포함할 수 있다. 상기 차단기(15)는 기중 차단기(air circuit breaker; ACB)를 포함할 수 있다.
상기 제1 종 장치(20)는 상기 상용 전원(10)에서 공급되는 전원의 전압 및 주파수의 허용 오차보다 작은 수준의 오차를 갖는 전원이 요구되는 장치일 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 종 장치(20)는 정전압정주파수(constant voltage constant frequency; CVCF) 전원이 요구되는 장치일 수 있다. 상기 제2 종 장치(30) 및 상기 제3 종 장치(40)는 상기 상용 전원(10)에서 공급되는 전원의 전압 및 주파수의 허용 오차와 동일한 수준의 오차를 갖는 전원이 요구되는 장치일 수 있다. 예를 들면, 상기 상용 전원(10)에서 공급되는 전원의 전압 및 주파수의 허용 오차는 10%일 수 있다. 상기 제1 종 장치(20)는 상기 제2 종 장치(30) 및 상기 제3 종 장치(40)보다 낮은 수준의 오차를 갖는 전압 및 주파수의 전원이 요구되는 장치일 수 있다.
상기 무정전 전원 장치(UPS; 50)는 상기 상용 전원(10) 및 상기 제1 종 장치(20) 사이에 배치될 수 있다. 상기 상용 전원(10) 및 상기 무정전 전원 장치(UPS; 50) 사이에 상기 차단기(15)가 개재될 수 있다. 상기 무정전 전원 장치(UPS; 50) 및 상기 제1 종 장치(20) 사이에 상기 차단기(15)가 개재될 수 있다. 상기 무정전 전원 장치(UPS; 50)는 상기 리튬 배터리(90)에 접속될 수 있다. 상기 무정전 전원 장치(UPS; 50)는 상기 상용 전원(10)에서 공급되는 전원이 기준 전압 이하로 하강하거나 중단되었을 때 약10 분 동안 상기 리튬 배터리(90)를 사용하여 상기 제1 종 장치(20)에 전원을 공급하는 역할을 수행할 수 있다.
상기 전압 강하 보호기(VDP; 70)는 상기 상용 전원(10) 및 상기 제2 종 장치(30) 사이에 배치될 수 있다. 상기 상용 전원(10) 및 상기 전압 강하 보호기(VDP; 70) 사이에 상기 차단기(15)가 개재될 수 있다. 상기 전압 강하 보호기(VDP; 70) 및 상기 제2 종 장치(30) 사이에 상기 차단기(15)가 개재될 수 있다. 상기 전압 강하 보호기(VDP; 70)는 상기 리튬 배터리(90)에 접속될 수 있다. 상기 전압 강하 보호기(VDP; 70)는 상기 상용 전원(10)에서 공급되는 전원이 기준 전압 이하로 하강하거나 중단되었을 때 약1 초 동안 상기 리튬 배터리(90)를 사용하여 상기 제2 종 장치(30)에 전원을 공급하는 역할을 수행할 수 있다.
상기 리튬 배터리(90)는 상기 무정전 전원 장치(UPS; 50) 및 상기 전압 강하 보호기(VDP; 70)에 접속될 수 있다. 상기 상용 전원(10) 및 상기 제3 종 장치(40) 사이에 상기 차단기(15)가 개재될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 무정전 전원 장치(UPS; 50)는 온 라인(on line) 전원 공급 장치로 해석될 수 있다. 상기 전압 강하 보호기(VDP; 70)는 오프 라인(off line) 전원 공급 장치로 해석될 수 있다.
도 2 및 도 3은 도 1의 일부분을 상세히 보여주는 블럭도들 이다.
도1 및 도 2를 참조하면, 상기 무정전 전원 장치(uninterruptible power supply; UPS; 50)는 정류기(rectifier; 61), 제1 인버터(inverter; 63), 및 초퍼(chopper; 65)를 포함할 수 있다.
상기 정류기(rectifier; 61)는 상기 제1 인버터(inverter; 63)에 접속될 수 있다. 상기 정류기(61) 및 상기 제1 인버터(63) 사이에 상기 초퍼(chopper; 65)가 접속될 수 있다. 상기 리튬 배터리(lithium battery; 90)는 상기 초퍼(65)에 접속될 수 있다. 상기 정류기(61)는 상기 상용 전원(10)에 접속될 수 있다. 상기 제1 인버터(63)는 상기 제1 종 장치(20)에 접속될 수 있다. 상기 정류기(61)는 상기 상용 전원(10)에서 공급되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 제1 인버터(63)는 상기 정류기(61)에서 공급되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 초퍼(65)는 상기 리튬 배터리(lithium battery; 90)에서 공급되는 직류 전원을 규칙적인 시간 간격으로 단속하는 역할을 수행할 수 있다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 상기 전압 강하 보호기(voltage drop protector; VDP; 70)는 사이리스터(thyristor; 81), 제2 인버터(85), 및 전압 조정기(87)를 포함할 수 있다.
상기 사이리스터(thyristor; 81)는 상기 상용 전원(10) 및 상기 제2 종 장치(30) 사이에 개재될 수 있다. 상기 사이리스터(thyristor; 81)는 실리콘 제어 정류기(silicon controlled rectifier; SCR)를 포함할 수 있다. 상기 사이리스터(thyristor; 81)는 스위칭 소자의 역할을 수행할 수 있다. 상기 제2 인버터(85)는 상기 사이리스터(thyristor; 81) 및 상기 제2 종 장치(30) 사이에 접속될 수 있다. 상기 제2 인버터(85)는 상기 전압 조정기(87)에서 공급되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 제2 인버터(85) 및 상기 제2 종 장치(30) 사이에 다수의 차단기들(15)이 개재될 수 있다. 상기 전압 조정기(87)는 상기 제2 인버터(85) 및 상기 리튬 배터리(lithium battery; 90) 사이에 배치될 수 있다. 상기 전압 조정기(87)는 초퍼(chopper)를 포함할 수 있다. 상기 전압 조정기(87)는 상기 리튬 배터리(lithium battery; 90)에서 공급되는 직류 전원을 승압하거나 감압하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 전압 조정기(87)는 상기 리튬 배터리(lithium battery; 90)에서 공급되는 직류 전원을 규칙적인 시간 간격으로 단속하는 역할을 수행할 수 있다.
도 4 및 도 5는 도 2의 일부분을 상세히 보여주는 블럭도들 이다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 상기 정류기(rectifier; 61)의 일 측에 제1 충전 회로(charging circuit; 113)가 부설될 수 있다. 상기 제1 충전 회로(113)는 상기 리튬 배터리(lithium battery; 90)를 충전하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 제1 충전 회로(113)는 생략될 수 있다.
도 2 및 도 5를 참조하면, 상기 초퍼(chopper; 65)의 일 측에 제2 충전 회로(charging circuit; 115)가 부설될 수 있다. 상기 제2 충전 회로(115)는 상기 리튬 배터리(lithium battery; 90)를 충전하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 제2 충전 회로(115)는 생략될 수 있다.
도 6은 도 3의 일부분을 상세히 보여주는 블럭도 이다.
도 3 및 도 6을 참조하면, 상기 전압 조정기(87)의 일 측에 타이머(timer; 124)가 부설될 수 있다. 상기 타이머(124)는 상기 상용 전원(10)에서 공급되는 전원이 기준 전압 이하로 하강하거나 중단된 시점부터 약1 초 경과 후 상기 리튬 배터리(lithium battery; 90)에서 상기 제2 종 장치(30)로의 전원 공급을 차단하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 전압 조정기(87)는 상기 리튬 배터리(lithium battery; 90)에서 공급되는 직류 전원을 승압하거나 감압하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 전압 조정기(87)는 상기 리튬 배터리(lithium battery; 90)에서 공급되는 직류 전원을 규칙적인 시간 간격으로 단속하는 역할을 수행할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 타이머(124)는 상기 제2 인버터(85) 또는 상기 차단기(15)에 부설될 수 있다. 상기 타이머(124)는 생략될 수 있다.
도 7은 도 1의 일부분을 상세히 보여주는 블럭도 이다.
도 7을 참조하면, 리튬 배터리(lithium battery; 90)의 일 측에 배터리 관리 시스템(battery management system; BMS; 130)이 부설될 수 있다. 상기 배터리 관리 시스템(BMS; 130)은 상기 리튬 배터리(lithium battery; 90)의 상태를 모니터하고 제어하는 역할을 수행할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 배터리 관리 시스템(BMS; 130)은 상기 리튬 배터리(lithium battery; 90)의 외부에 배치될 수 있다.
도 8은 도 7의 일부분을 상세히 보여주는 블럭도 이다.
도 8을 참조하면, 리튬 배터리(lithium battery; 90)는 다수의 랙들(191, 192, 193, 194)을 포함할 수 있다. 상기 랙들(191, 192, 193, 194)의 각각은 다수의 배터리 셀들(98)을 포함할 수 있다. 상기 리튬 배터리(90) 내에 배터리 관리 시스템(battery management system; BMS; 130)이 부설될 수 있다. 상기 배터리 관리 시스템(130)은 다수의 랙 비엠에스들(rack BMS; 131, 132, 133, 134)을 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀들(98)의 각각은 리튬 이온 배터리 또는 리튬 폴리머 배터리를 포함할 수 있다. 상기 배터리 셀들(98)의 각각은 상기 랙 비엠에스들(rack BMS; 131, 132, 133, 134)중 선택된 하나에 전기적으로 접속될 수 있다. 예를 들면, 상기 랙들(191, 192, 193, 194)의 각각은 직렬 연결된 136 개의 상기 배터리 셀들(98)을 포함할 수 있다. 상기 랙 비엠에스들(rack BMS; 131, 132, 133, 134)은 상기 배터리 셀들(98) 각각의 전압, 전류, 온도, 및 임피던스를 모니터하고 제어하는 역할을 수행할 수 있다.
도 1 내지 도 8을 다시 참조하면, 상기 상용 전원(10)에서 공급되는 전원은 상기 무정전 전원 장치(UPS; 50)를 경유하여 상기 제1 종 장치(20)에 공급될 수 있다. 예를 들면, 상기 상용 전원(10)에서 공급되는 전원은 상기 정류기(rectifier; 61) 및 상기 제1 인버터(inverter; 63)를 순차적으로 경유하여 상기 제1 종 장치(20)에 공급될 수 있다. 상기 정류기(rectifier; 61) 및 상기 제1 인버터(inverter; 63)는 상기 상용 전원(10)에서 공급되는 전원을 정전압정주파수(constant voltage constant frequency; CVCF) 전원으로 제어하는 역할을 할 수 있다. 상기 제1 종 장치(20)는 상기 상용 전원(10)에서 공급되는 전원의 전압 및 주파수의 허용 오차보다 작은 수준의 오차를 갖는 전원이 요구되는 장치일 수 있다. 상기 제1 종 장치(20)는 상기 제2 종 장치(30) 및 상기 제3 종 장치(40)에 요구되는 전원보다 작은 수준의 오차를 갖는 전원이 요구되는 장치일 수 있다.
상기 제1 충전 회로(113) 및 상기 제2 충전 회로(115)는 상기 리튬 배터리(lithium battery; 90)를 충전하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 배터리 관리 시스템(BMS; 130)은 상기 리튬 배터리(lithium battery; 90)를 제어하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 배터리 관리 시스템(BMS; 130)은 상기 제1 충전 회로(113) 및/또는 상기 제2 충전 회로(115)와 연동하여 상기 리튬 배터리(lithium battery; 90)를 충전하는 역할을 수행할 수 있다. 예를 들면, 상기 리튬 배터리(lithium battery; 90)는 약560V의 직류 전원을 공급할 수 있다.
상기 상용 전원(10)에서 공급되는 전원이 기준 전압 이하로 하강하거나 중단되었을 때, 상기 무정전 전원 장치(UPS; 50)는 상기 리튬 배터리(lithium battery; 90)를 에너지원으로 사용하여 상기 제1 종 장치(20)에 약10 분 동안 전원을 공급하는 역할을 수행할 수 있다. 예를 들면, 상기 리튬 배터리(lithium battery; 90)의 직류 전원은 상기 초퍼(chopper; 65) 및 상기 제1 인버터(inverter; 63)를 순차적으로 경유하는 동안 교류 전원으로 변환되어 상기 제1 종 장치(20)에 공급될 수 있다.
상기 상용 전원(10)에서 공급되는 전원은 상기 전압 강하 보호기(VDP; 70)를 경유하여 상기 제2 종 장치(30)에 공급될 수 있다. 상기 제2 종 장치(30)는 상기 상용 전원(10)에서 공급되는 전원의 전압 및 주파수의 허용 오차와 동일한 수준의 오차를 갖는 전원이 요구되는 장치일 수 있다. 상기 상용 전원(10)에서 공급되는 전원의 전압 및 주파수의 허용 오차는 10%일 수 있다. 예를 들면, 상기 상용 전원(10)에서 공급되는 전원은 상기 사이리스터(thyristor; 81)를 경유하여 상기 제2 종 장치(30)에 공급될 수 있다.
상기 상용 전원(10)에서 공급되는 전원이 기준 전압 이하로 하강하거나 중단되었을 때, 상기 전압 강하 보호기(VDP; 70)는 상기 리튬 배터리(lithium battery; 90)를 사용하여 상기 제2 종 장치(30)에 약1 초 동안 전원을 공급하는 역할을 수행할 수 있다. 예를 들면, 상기 리튬 배터리(lithium battery; 90)의 직류 전원은 상기 전압 조정기(87) 및 상기 제2 인버터(85)를 순차적으로 경유하는 동안 교류 전원으로 변환되어 상기 제2 종 장치(30)에 공급될 수 있다. 상기 전압 조정기(87)는 상기 리튬 배터리(lithium battery; 90)에서 공급되는 직류 전원을 승압하는 역할을 수행할 수 있다. 예를 들면, 상기 리튬 배터리(lithium battery; 90)에서 공급되는 약560V직류 전원은 상기 전압 조정기(87)를 거치는 동안 약750V 직류 전원으로 승압되어 상기 제2 인버터(85)에 공급될 수 있다.
상기 타이머(124)는 상기 상용 전원(10)에서 공급되는 전원이 기준 전압 이하로 하강하거나 중단된 시점부터 약1 초 경과 후 상기 리튬 배터리(lithium battery; 90)에서 상기 제2 종 장치(30)로의 전원 공급을 차단하는 역할을 수행할 수 있다.
도 9는 본 발명 기술적 사상의 실시 예에 따른 전원 공급 시스템을 설명하기 위한 블럭도 이다.
도 9를 참조하면, 상용 전원(10)에 전기적으로 접속된 다수의 제1 종 장치들(21, 22, 23, 24, 25) 및 제2 종 장치들(31, 32, 33, 34, 35)이 배치될 수 있다. 상기 상용 전원(10) 및 상기 제1 종 장치들(21, 22, 23, 24, 25) 사이에 무정전 전원 장치들(51, 52, 53, 54, 55)이 배치될 수 있다. 상기 상용 전원(10) 및 상기 제2 종 장치들(31, 32, 33, 34, 35) 사이에 전압 강하 보호기들(71, 72, 73, 74, 75)이 배치될 수 있다. 상기 무정전 전원 장치들(51, 52, 53, 54, 55) 및 상기 전압 강하 보호기들(71, 72, 73, 74, 75) 사이에 리튬 배터리들(91, 92, 93, 94, 95)이 배치될 수 있다.
상기 리튬 배터리들(91, 92, 93, 94, 95)의 각각은 상기 무정전 전원 장치들(51, 52, 53, 54, 55) 중 선택된 하나와 및 상기 전압 강하 보호기들(71, 72, 73, 74, 75)중 선택된 하나에 전기적으로 접속될 수 있다. 상기 리튬 배터리들(91, 92, 93, 94, 95)의 각각과 상기 무정전 전원 장치들(51, 52, 53, 54, 55) 중 선택된 하나와 사이에 제1 선로(151)가 제공될 수 있다. 상기 리튬 배터리들(91, 92, 93, 94, 95)의 각각과 상기 전압 강하 보호기들(71, 72, 73, 74, 75)중 선택된 하나와 사이에 제2 선로(171)가 제공될 수 있다. 상기 제1 선로(151)의 길이와 상기 제2 선로(171)의 길이는 10% 미만의 차이를 보일 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 선로(151)의 길이는 상기 제2 선로(171)와 실질적으로 동일하게 형성될 수 있다. 상기 제1 선로(151) 및 상기 제2 선로(171)의 선로 임피던스는 실질적으로 동일할 수 있다.
상기 리튬 배터리들(91, 92, 93, 94, 95), 상기 무정전 전원 장치들(51, 52, 53, 54, 55), 및 상기 전압 강하 보호기들(71, 72, 73, 74, 75)은 근접하게 배치될 수 있다. 상기 제1 선로(151) 및 상기 제2 선로(171)의 길이는 최소화될 수 있다. 상기 제1 선로(151) 및 상기 제2 선로(171)의 선로 임피던스는 종래에 비하여 현저히 감소될 수 있다.
예를 들면, 상기 리튬 배터리들(91, 92, 93, 94, 95)은 제1 리튬 배터리(91), 제2 리튬 배터리(92), 제3 리튬 배터리(93), 제4 리튬 배터리(94), 및 제5 리튬 배터리(95)를 포함할 수 있다. 상기 제1 리튬 배터리(91)는 상기 무정전 전원 장치들(51, 52, 53, 54, 55) 중 선택된 하나(51) 및 상기 전압 강하 보호기들(71, 72, 73, 74, 75) 중 선택된 하나(71)에 접속될 수 있다. 상기 무정전 전원 장치들(51, 52, 53, 54, 55) 중 선택된 하나(51)와 상기 제1 리튬 배터리(91) 사이에 상기 제1 선로(151)가 형성될 수 있다. 상기 전압 강하 보호기들(71, 72, 73, 74, 75) 중 선택된 하나(71)와 상기 제1 리튬 배터리(91) 사이에 상기 제2 선로(171)가 형성될 수 있다.
상기 무정전 전원 장치들(51, 52, 53, 54, 55) 중 선택된 하나(51) 및 상기 전압 강하 보호기들(71, 72, 73, 74, 75) 중 선택된 하나(71)는 상기 제1 리튬 배터리(91)에 근접하게 배치될 수 있다. 상기 제1 선로(151) 및 상기 제2 선로(171)의 길이는 최소화될 수 있다. 상기 제1 선로(151) 및 상기 제2 선로(171)의 선로 임피던스는 최소화될 수 있다. 상기 제1 선로(151)의 길이와 상기 제2 선로(171)의 길이는 10% 미만의 차이를 보일 수 있다. 상기 제1 선로(151)의 길이는 상기 제2 선로(171)와 실질적으로 동일하게 형성될 수 있다. 상기 제1 선로(151) 및 상기 제2 선로(171)의 선로 임피던스는 실질적으로 동일할 수 있다.
도 10 내지 도 12는 본 발명 기술적 사상의 실시 예에 따른 전원 공급시스템을 설명하기 위한 블럭도들 이다.
도 10을 참조하면, 본 발명 기술적 사상의 실시 예에 따른 전원 공급 시스템은 상용 전원(10), 차단기(15), 제1 종 장치(20), 제3 종 장치(40), 무정전 전원 장치(uninterruptible power supply; UPS; 50), 및 리튬 배터리(lithium battery; 90)를 포함할 수 있다.
도 11을 참조하면, 본 발명 기술적 사상의 실시 예에 따른 전원 공급 시스템은 상용 전원(10), 차단기(15), 제2 종 장치(30), 제3 종 장치(40), 전압 강하 보호기(voltage drop protector; VDP; 70), 및 리튬 배터리(lithium battery; 90)를 포함할 수 있다.
도 12를 참조하면, 본 발명 기술적 사상의 실시 예에 따른 전원 공급 시스템은 상용 전원(10), 차단기(15), 제2 종 장치(30), 제3 종 장치(40), 전압 강하 보호기(voltage drop protector; VDP; 70), 제3 충전 회로(charging circuit; 117), 및 리튬 배터리(lithium battery; 90)를 포함할 수 있다.
상기 제3 충전 회로(charging circuit; 117)는 상기 리튬 배터리(lithium battery; 90)를 충전하는 역할을 할 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 상용 전원
15: 차단기
20, 21, 22, 23, 24, 25: 제1 종 장치
30, 31, 32, 33, 34, 35: 제2 종 장치
40: 제3 종 장치
50, 51, 52, 53, 54, 55: 무정전 전원 장치(uninterruptible power supply; UPS)
61: 정류기(rectifier)
63: 제1 인버터(inverter)
65: 초퍼(chopper)
70, 71, 72, 73, 74, 75: 전압 강하 보호기(voltage drop protector; VDP)
81: 사이리스터(thyristor)
85: 제2 인버터
87: 전압 조정기
90, 91, 92, 93, 94, 95: 리튬 배터리(lithium battery)
98: 배터리 셀
113, 115, 117: 충전 회로(charging circuit)
124: 타이머(timer)
130: 배터리 관리 시스템(battery management system; BMS)
131, 132, 133, 134: 랙 비엠에스(rack BMS)
191, 192, 193, 194: 랙(rack)

Claims (10)

  1. 상용 전원 및 제1 종 장치 사이에 접속된 무정전 전원 장치(uninterruptible power supply; UPS);
    상기 무정전 전원 장치에 접속된 리튬 배터리(lithium battery); 및
    상기 리튬 배터리에 접속되고 상기 상용 전원 및 제2 종 장치 사이에 접속된 전압 강하 보호기(voltage drop protector; VDP)를 포함하되,
    상기 제1 종 장치에 요구되는 전압 및 주파수의 허용 오차는 상기 제2 종 장치보다 작은 전원 공급 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 무정전 전원 장치(UPS) 및 상기 전압 강하 보호기(VDP)는 상기 리튬 배터리와 가깝게 배치되고,
    상기 무정전 전원 장치(UPS) 및 상기 리튬 배터리 사이에 제1 선로가 형성되며, 상기 전압 강하 보호기(VDP) 및 상기 리튬 배터리 사이에 제2 선로가 형성되며,
    상기 제1 선로의 길이와 상기 제2 선로의 길이는 10% 미만의 차이를 갖는 전원 공급 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 선로의 길이와 상기 제2 선로의 길이는 실질적으로 동일한 전원 공급 시스템.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 리튬 배터리(lithium battery)는 직렬 접속된 다수의 배터리 셀들을 포함하되,
    상기 배터리 셀들은 리튬 이온 배터리 또는 리튬 폴리머 배터리를 갖는 전원 공급 시스템.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 리튬 배터리에 부설된 배터리 관리 시스템(battery management system; BMS)을 더 포함하되,
    상기 배터리 셀들의 각각은 상기 배터리 관리 시스템(BMS)에 전기적으로 접속된 전원 공급 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 전압 강하 보호기(VDP)는
    상기 상용 전원 및 상기 제2 종 장치 사이의 사이리스터(thyristor);
    상기 제2 종 장치에 접속된 인버터(inverter); 및
    상기 인버터 및 상기 리튬 배터리(lithium battery) 사이의 전압 조정기를 포함하는 전원 공급 시스템.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 전압 강하 보호기(VDP)는 타이머(Timer)를 더 포함하되,
    상기 타이머(Timer)는 상기 상용 전원에서 공급되는 전원이 기준 전압 이하로 하강하거나 중단된 시점부터 약1 초 경과 후 상기 리튬 배터리(lithium battery)에서 상기 제2 종 장치로의 전원 공급을 차단하는 역할을 수행하는 전원 공급 시스템.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 전압 조정기는 초퍼(chopper)를 포함하는 전원 공급 시스템.
  9. 상용 전원 및 전기 사용 장치 사이에 접속된 전압 강하 보호기(voltage drop protector; VDP); 및
    상기 전압 강하 보호기(VDP)에 접속된 리튬 배터리(lithium battery)를 포함하되,
    상기 전기 사용 장치에 요구되는 전압 및 주파수의 허용 오차는 상기 상용 전원과 동일하고,
    상기 전압 강하 보호기(VDP)는 상기 상용 전원에서 공급되는 전원이 기준 전압 이하로 하강하거나 중단된 시점부터 약1 초 동안 상기 리튬 배터리(lithium battery)에서 상기 전기 사용 장치로의 전원을 공급하는 역할을 수행하는 전원 공급 시스템.
  10. 상용 전원 및 전기 사용 장치 사이에 접속된 무정전 전원 장치(uninterruptible power supply; UPS); 및
    상기 무정전 전원 장치(UPS)에 접속된 리튬 배터리(lithium battery)를 포함하되,
    상기 전기 사용 장치에 요구되는 전압 및 주파수의 허용 오차는 상기 상용 전원보다 작으며,
    상기 무정전 전원 장치(UPS)는 상기 상용 전원에서 공급되는 전원이 기준 전압 이하로 하강하거나 중단된 시점부터 약10분 동안 상기 리튬 배터리(lithium battery)에서 상기 전기 사용 장치로의 전원을 공급하는 역할을 수행하는 전원 공급 시스템.
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